論文の概要: Quantum State Preparation and Non-Unitary Evolution with Diagonal Operators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.02826v1
• Date: Thu, 5 May 2022 17:56:41 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-14 06:01:05.399183
• Title: Quantum State Preparation and Non-Unitary Evolution with Diagonal Operators
• Title（参考訳）: 対角演算子を用いた量子状態生成と非単項進化
• Authors: Anthony W. Schlimgen, Kade Head-Marsden, LeeAnn M. Sager-Smith, Prineha Narang, and David A. Mazziotti
• Abstract要約: 単元量子デバイス上での非単元演算をシミュレートするダイレーションに基づくアルゴリズムを提案する。 このアルゴリズムを用いて、高忠実度量子デバイス上でランダムな準正規化された2レベル状態を作成する。 また,2レベル開放量子系の正確な非単位的ダイナミクスを,量子デバイス上で計算されたデファーシングチャネルと振幅減衰チャネルに提示する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Realizing non-unitary transformations on unitary-gate based quantum devices is critically important for simulating a variety of physical problems including open quantum systems and subnormalized quantum states. We present a dilation based algorithm to simulate non-unitary operations using probabilistic quantum computing with only one ancilla qubit. We utilize the singular-value decomposition (SVD) to decompose any general quantum operator into a product of two unitary operators and a diagonal non-unitary operator, which we show can be implemented by a diagonal unitary operator in a 1-qubit dilated space. While dilation techniques increase the number of qubits in the calculation, and thus the gate complexity, our algorithm limits the operations required in the dilated space to a diagonal unitary operator, which has known circuit decompositions. We use this algorithm to prepare random sub-normalized two-level states on a quantum device with high fidelity. Furthermore, we present the accurate non-unitary dynamics of two-level open quantum systems in a dephasing channel and an amplitude damping channel computed on a quantum device. The algorithm presented will be most useful for implementing general non-unitary operations when the SVD can be readily computed, which is the case with most operators in the noisy intermediate-scale quantum computing era.
• Abstract（参考訳）: ユニタリゲートベースの量子デバイス上での非ユニタリ変換の実現は、オープン量子システムやサブ正規化量子状態を含む様々な物理問題をシミュレートするために重要である。 本稿では,1つのアンシラ量子ビットを持つ確率量子コンピューティングを用いて,非単位演算をシミュレートする拡張アルゴリズムを提案する。 特異値分解(svd)を用いて、任意の一般量子演算子を2つのユニタリ作用素と対角非ユニタリ作用素の積に分解する。 拡張手法は計算における量子ビット数を増やし、ゲートの複雑さを増大させるが、我々のアルゴリズムは拡張空間に必要な演算を、既知の回路分解を持つ対角ユニタリ演算子に限定する。 このアルゴリズムを用いて、高忠実度量子デバイス上でランダムな準正規化2レベル状態を作成する。 さらに,2レベル開放量子系の正確な非単位的ダイナミクスを,量子デバイス上で計算されたデファーシングチャネルと振幅減衰チャネルに提示する。 提案するアルゴリズムはSVDが容易に計算できる場合の一般の非単位演算の実装に最も有用であり、これはノイズの多い中間スケール量子コンピューティング時代の多くの演算子に当てはまる。

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